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BREVET D'INVENTION
Moteurs à combustion interne
Monsieur Oscar, James E 0 K L A N D
La présente invention se rapporte à des moteurs à combus- tion interne, en particulier à un type de moteur à plusieurs pistons avec moyen de compression d'une charge avant son..admis- sion dans la chambre d'explosion; l'objet de l'invention est une nouvelle machine à plusieurs pistons agissant simultané- ment avec organes qui, pour former la charge, comprennent plu- sieurs soupapes par lesquelles un mélange explosif est admis dans la machine, est comprimé puis conduit dans la chambre d'ex- plosion, le cycle de ces opérations s'effectuant à chaque cour- se d'explosion, de telle sorte que la puissance développée est plus grande que celle qu'il est ordinairement possible d'obte- nir.
Un exemple d'exécution de l'invention est représenté sur les dessins ci-annexés qui indiquent: fig.l, une coupe transversale par un plan vertical du moteur; fig.2, une vue par bout, avec parties à découvert et parties en coupe, pour montrer l'agencement des soupapes et le mécanisme de commande.
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Sur la case 10 est formée, ou a cette base, est reliée,une botte à manivelle 11, d'an type quelconque, composée d'un certain nombre de pièces détachables, et à l'intérieur de laquelle on peut accéder pour effectuer des réparations, des ajustages et des rempla- cements de pièces. Dans l'exemple du dessin, les côtés opposés de la botte à manivelle sont fermés par des plaques amovibles 12 et 13 cette dernière fermant la cage latérale 14. Dans la boite à manivel- le passe l'arbre 15 et dans la cage 14, un arbre à came 16 mils par l'arbre à manivelle, au moyen de roues d'engrenage 17 et 18. A l'extérieur de la botté à manivelle, l'arbre coudé 15 porte un volant 19 ; un contrepoids 20 sert à équilibrer la bielle 21 qui est attelée au bouton de manivelle 22.
Tout ce qui est dit ici se rapporte à un moteur à un seul cylindre, mais il est entendu que le moteur peut aussi bien être à plusieurs cylindres.
Sur la partie supérieure de la boite à manivelle est un corps cylindrique 23 au-dessous duquel est fixé un guide 24 descendant dans la botte à manivelle (figure 1). Le fond 25 de ce corps cylin- drique 23 est muni d'une boite de garniture 26 à travers laquelle une tige de piston 27 terminée dans le bas par une tête transver- sale .28 glisse le long du guide 24 ; cettetête porte un bouton 29 auquel est attelé le haut de la bielle 21.
Le corps cylindrique 23 est du type connu à deux parois entre lesquelles est une chemise d'eau de refroidissement, avec les con- duits nécessaires d'entrée et de sortie, nonreprésentés sur le des- sin. Le sommet du cylindre 31 formé dans le bloc cylindrique, est fermé par une tête 32 formant une cavité raccordée à un conduit 33 qui communique avec une chambre 34 formée dans une chambre 35 laté- rale au bloc cylindrique.
Le bloc ou corps cylindrique contient deux passages 36 et 37 qui aboutissent à la chambre 34 et sont séparés par une cloison 38.
La communication entre la chambre 34 et ces passages est contrôlée par un mécanisme à soupapes dont la description va être donnée. La chambre 34 est reliée à un conduit 39 qui part d'un carburateur non représenté, de façon qu'un mélange explosif puisse être envoyé dans la chambre et, éventuellement, au moteur, comme il va être expliqué.
Le sommet 40 de la chambre 34 est percé de trous 41 avec sièges 42
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pour les soupapes 43 et 44 munies de tiges 45 et 46 et poussées dans la position de fermeture par des ressorts 47; au bas des dites tiges, et suivant le même axe, sont montées des barres de poussée 48 et 49 se terminant dans le bas par des têtes 50 sous lesquelles agissent des cames 51 fixées à l'arbre 16. L'agence- ment des cames est tel que quand une barre de poussée se soulève, l'autre s'abaisse, et vice versa. Les parois supérieures des pas- sages 53 qui font communiquer les conduits 36 et 37 avec la chambre 34, sont percées de trous filetés 54 normalement fermés par des tampons à vis 55; ces trous donnent accès aux soupapes 43 et 44 pour les meuler ou les remplacer, quand cela devient nécessaire après un service prolongé.
En raison des positions contraires des cames 51 qui agissent sur les barres de poussée 48 et 49, les soupapes 43 et 44 s'ouvrent et se ferment alternativement pour le but indiqué plus loin.
A une certaine distance de son sommet, le cylindre est muni d'un conduit d'évacuation auquel s'adapte un tuyau 57, ou qui peut se décharger directement dans l'atmosphère; ce point de détail est d'ailleurs sans importance. On peut considérer que la soupape 43 sert pour lradmission, la soupape 44 pour la dé- charge, et que le conduit 56 est le conduit d'échappement.
La paroi inférieure 58 de la tête de cylindre a un orifice avec siège 59 pour une soupape 60 portée par une tige 61 sortant par le haut du cylindre et normalement poussée dans la position de fermeture par un ressort 62. Cette tige 61 est suspendue à l'extrémité d'un bras du balancier 63 monté au-dessus du cylin- dre, et dont l'autre bras supporte une tige de poussée 64 glis- sant dans le trou vertical qui traverse la cloison 38; le pied de cette tige coopère avec une came calée sur l'arbre horizontal 16 de la même manière que les têtes 50 du bas des barres de pous- sée 48 et 49 coopèrent avec les cames 51.
A certains moments, pendant la rotation de l'arbre 16, le balancier 63 provoque l'ouver- ture de la soupape 60 qui se ferme ensuite par l'effet des res-
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sorts 62.
L'allumage de la charge explosive qui entre dans la machine de temps en temps ou. au cours des divers cycles de fonctionnement est produit par un circuit ou un appareil avec bougie d'allumage
65 monté dans la tête de cylindre, ou. à une autre place.
Sur la tige 27, dans le cylindre 31, sont montes un piston de compression 66 et. an piston moteur 67., tous deux munis de seg- ments de piston.
Pour l'explication du fonctionnement du moteur, on a supposé jusqu'ici qu'une mise en marche est faite avec le bouton de ma- nivelle 22 au. bas de sa course, les deux pistons 66, 67 et la crosse 28 étant dans leurs positions extrêmes en bas. Quand la mise en marche est faite, lorsque le piston est en haut de sa cour- se, la soupape 43 s'ouvre, et la communication est ouverte avec le carburateur. Le piston inférieur 66 aspire une charge, de mélan- ge explosif, tandis que le piston moteur 67 est absolument sans charge. Le piston inférieur 66 atteint un point situé à environ trois millimètres de la limite supérieure de sa course, et à ce point la soupape 43 se ferme.
En arrivant à l'autre moitié de sa course, le piston inférieur 66 comprime la charge précédemment entraînée par l'ouverture de la soupape 43, et cette compression se fait jusqu'à ce que les deux pistons arrivent à nn point situé à environ douze millimètres du bas de leur course. En ce point, la soupape 44 s'ouvre, et trois degrés plus loin par rapport au mouvement de l'arbre à manivelle, la soupape 60 s'ouvre.
La char- ge précédemment comprimée sous le piston 66 passe par le conduit 37, le siège de soupape 42, le tuyau. 33 et, par l'ouverture 59, entre dans le cylindre au-dessus du. piston supérieur 67' Quand de nouveau les pistons montent, lors de la seconde révolution, la soupape 43 s'ouvre et une nouvelle charge est introduite, tandis que le piston supérieur 67 comprime la charge entre lui et le haut du. cylindre. Quand les pistons atteignent un point à vingt (Pègres dé la tête de cylindre par rapport à la rotation de l'arbre
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à manivelle, la charge comprimée s'allume, et les pistons 67 et
66 descendent à leur deuxième course.
Quand ces pistons attei- gnent an point situé à environ douze millimètres du fond, la sou- pape 44 s'ouvre, et le piston supérieur 67 vient découvrir le passage d'échappement 56. Quand les pistons arrivent au bas de leur course, le passage d'échappement 56 est complètement ouvert, de sorte que les gaz broies provenant de la charge allumée s'é- chappent dans l'atmosphère. Tel est le cycle complet de fonc- tionnement pour chaque explosion.
Une partie importante de:la structure et de l'agencement du moteur est 1!emploi d'un nouveau, système de graissage, l'ali- mentation étant assurée soit par compression, soit par godet graisseur, soit par un autre moyen équivalent amenant l'huile au cylindre par les côtés opposés, par exemple par les tubes 68 et 77., la paroi cylindrique comportant, à cet effet, des con- duits diamétralement opposés. Il est à noter que ces trous graisseurs sont dans une position centrale par rapport aux deux pistons, de façon qu'il n'y ait jamais de contrepression sur les golets graisseurs ou autres moyens,de graissage,-attendu qu'il y a toujours une charge au-dessous du piston,inférieur b6.
Il y a aussi à signaler l'atténuation ou plutôt la ssion du bruit provenant des pièces à mouvement alternatif et qu'on n'arrive pas ordinairement à faire disparaître dans les types courants de moteurs à huile ou à gaz. On a vu aussi la possibi- lité d'obtenir un mélange parfait dans le moteur, spécialement pour la raison que la charge est d'abord aspirée dans le moteur, puis comprimée et ensuite transférée à la chambre d'explosion, tous les mouvements s'effectuant à grande vitesse, ce qui cer- tainement rend la combustion complète. Un autre caractère avan- tageux, c'est le fait que les soupapes 43 et 44 sont toujours re- froidies par la chemise d'eau, et que la soupape 60 ne se déforme pas, grâce à ce qu'il y a toujours une charge derrière.
L'élimina- tion du type usuel de soupape d'échappement est très profitable,
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car avec une telle soupape, il y a risque de déformation à cause de la chaleur intense développée en ce point.
La description ci-dessus et l'examen des dessins mettent en évidence la simplicité de la construction, la facilité de l'assemblage et du contrôle du moteur à combustion interne, avec tous les avantages exposés dans l'introduction à la description, et qui contribuent à assurer à ce moteur une longue durée et un fonctionnement extrêmement satisfaisant.
Un grand avantage aussi est procuré par l'emploi de la crosse de piston 28 au.1 coopère avec les guides 24, car il n'y a ja- mais d'effort latéral sur les pistons 66 et 67, les pistons glis- sant, pour monter et descendre, dans un mouvement parfait de va-et-vient, sans effort latéral sur les parois du. cylindre et les pistons, dont l'usure est égale sur tout le pourtour; c'est là une des plus importantes particularités de l'invention. En outre, le lubrifiant contenu dans la botte à manivelle ne peut pas être intercepté ou dilué par l'essence qui est dans le cy- lindre, attendu que la garniture ou la boite d'étoupage empê- che toute pénétration de l'essence dans la botte à manivelle.
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PATENT
Internal combustion engines
Mr. Oscar, James E 0 K L A N D
The present invention relates to internal combustion engines, in particular to a type of multi-piston engine with means of compressing a charge before its admission into the explosion chamber; the object of the invention is a new machine with several pistons acting simultaneously with members which, to form the charge, comprise several valves by which an explosive mixture is admitted into the machine, is compressed and then led into the chamber. explosion, the cycle of these operations being carried out at each explosion course, so that the developed power is greater than that which is ordinarily possible to obtain.
An exemplary embodiment of the invention is shown in the accompanying drawings which show: fig.l, a cross section through a vertical plane of the engine; fig. 2, an end view, with parts exposed and parts in section, to show the arrangement of the valves and the operating mechanism.
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On the box 10 is formed, or to this base, is connected, a crank boot 11, of any type, composed of a certain number of detachable parts, and inside which it is possible to access for carrying out repairs, adjustments and replacements of parts. In the example of the drawing, the opposite sides of the crank boot are closed by removable plates 12 and 13, the latter closing the side cage 14. In the crank box the shaft 15 passes and in the cage 14, a 16 mil camshaft by the crank shaft, by means of gear wheels 17 and 18. Outside the crank boot, the crankshaft 15 carries a flywheel 19; a counterweight 20 serves to balance the connecting rod 21 which is coupled to the crank button 22.
Everything that is said here relates to a single cylinder engine, but it is understood that the engine can be multi-cylinder as well.
On the upper part of the crank box is a cylindrical body 23 below which is fixed a guide 24 descending into the crank boot (Figure 1). The bottom 25 of this cylindrical body 23 is provided with a packing box 26 through which a piston rod 27 terminated at the bottom by a transverse head 28 slides along the guide 24; this head carries a button 29 to which the top of the connecting rod 21 is coupled.
The cylindrical body 23 is of the known type with two walls between which is a jacket of cooling water, with the necessary inlet and outlet conduits, not shown in the drawing. The top of cylinder 31 formed in the cylindrical block is closed by a head 32 forming a cavity connected to a duct 33 which communicates with a chamber 34 formed in a chamber 35 lateral to the cylindrical block.
The block or cylindrical body contains two passages 36 and 37 which lead to the chamber 34 and are separated by a partition 38.
Communication between chamber 34 and these passages is controlled by a valve mechanism, the description of which will be given. The chamber 34 is connected to a duct 39 which starts from a carburetor, not shown, so that an explosive mixture can be sent into the chamber and, optionally, to the engine, as will be explained.
The top 40 of the chamber 34 is drilled with holes 41 with seats 42
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for the valves 43 and 44 provided with rods 45 and 46 and pushed into the closed position by springs 47; at the bottom of said rods, and along the same axis, are mounted push bars 48 and 49 terminating at the bottom by heads 50 under which act cams 51 fixed to the shaft 16. The cam arrangement is such that when one push bar is raised, the other is lowered, and vice versa. The upper walls of the passages 53 which communicate the conduits 36 and 37 with the chamber 34 are pierced with threaded holes 54 normally closed by screw plugs 55; these holes give access to the valves 43 and 44 for grinding or replacing them, when this becomes necessary after prolonged service.
Due to the opposite positions of the cams 51 which act on the push bars 48 and 49, the valves 43 and 44 open and close alternately for the purpose indicated below.
At a certain distance from its top, the cylinder is provided with an evacuation duct to which a pipe 57 fits, or which can discharge directly into the atmosphere; this point of detail is, moreover, of no importance. It can be considered that the valve 43 serves for the intake, the valve 44 for the discharge, and that the duct 56 is the exhaust duct.
The lower wall 58 of the cylinder head has an orifice with seat 59 for a valve 60 carried by a rod 61 emerging from the top of the cylinder and normally pushed into the closed position by a spring 62. This rod 61 is suspended from the cylinder head. the end of an arm of the rocker 63 mounted above the cylinder, and the other arm of which supports a push rod 64 sliding in the vertical hole which passes through the partition 38; the foot of this rod cooperates with a cam wedged on the horizontal shaft 16 in the same way as the heads 50 of the bottom of the push bars 48 and 49 cooperate with the cams 51.
At certain times, during the rotation of the shaft 16, the balance 63 causes the opening of the valve 60 which then closes by the effect of the springs.
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spells 62.
The ignition of the explosive charge that enters the machine from time to time or. during the various operating cycles is produced by a circuit or device with spark plug
65 mounted in the cylinder head, or. in another place.
On the rod 27, in the cylinder 31, are mounted a compression piston 66 and. an engine piston 67., both provided with piston rings.
For the explanation of the operation of the motor, it has hitherto been assumed that a start-up is made with the level knob 22 au. bottom of its stroke, the two pistons 66, 67 and the butt 28 being in their extreme positions at the bottom. When the start is made, when the piston is at the top of its stroke, the valve 43 opens, and communication is opened with the carburetor. The lower piston 66 sucks in a charge of an explosive mixture, while the driving piston 67 is absolutely unloaded. The lower piston 66 reaches a point about three millimeters from the upper limit of its stroke, and at this point the valve 43 closes.
On reaching the other half of its stroke, the lower piston 66 compresses the load previously driven by the opening of the valve 43, and this compression is done until the two pistons reach a point located at about twelve millimeters from the bottom of their stroke. At this point, valve 44 opens, and three degrees further from the movement of the crankshaft, valve 60 opens.
The load previously compressed under the piston 66 passes through the conduit 37, the valve seat 42, the pipe. 33 and, through the opening 59, enters the cylinder above the. upper piston 67 'When the pistons rise again, during the second revolution, the valve 43 opens and a new load is introduced, while the upper piston 67 compresses the load between it and the top of the. cylinder. When the pistons reach a point at twenty (Pègres of the cylinder head with respect to the rotation of the shaft
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crank, the compressed load ignites, and pistons 67 and
66 descend on their second race.
When these pistons reach a point about twelve millimeters from the bottom, the valve 44 opens, and the upper piston 67 comes to discover the exhaust passage 56. When the pistons reach the bottom of their stroke, the exhaust passage 56 is fully open so that the ground gases from the ignited charge escape into the atmosphere. This is the complete operating cycle for each explosion.
An important part of the structure and arrangement of the engine is the use of a new lubrication system, the supply being ensured either by compression, or by a grease cup, or by some other equivalent means. the oil to the cylinder from the opposite sides, for example through the tubes 68 and 77., the cylindrical wall comprising, for this purpose, diametrically opposed pipes. It should be noted that these grease holes are in a central position with respect to the two pistons, so that there is never any back pressure on the grease nipples or other means of greasing, - expected that there is always a load below the piston, lower b6.
There is also the attenuation or rather the ssion of noise from reciprocating parts, which cannot ordinarily be eliminated in common types of oil or gas engines. We have also seen the possibility of obtaining a perfect mixture in the engine, especially for the reason that the charge is first sucked into the engine, then compressed and then transferred to the explosion chamber, all movements s 'operating at high speed, which certainly makes combustion complete. Another advantageous feature is the fact that the valves 43 and 44 are always cooled by the water jacket, and that the valve 60 does not deform, thanks to the fact that there is always a charge behind.
The elimination of the usual type of exhaust valve is very profitable,
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because with such a valve, there is a risk of deformation because of the intense heat developed at this point.
The above description and examination of the drawings demonstrate the simplicity of construction, ease of assembly and control of the internal combustion engine, with all the advantages set out in the introduction to the description, and which help to ensure a long life and extremely satisfactory operation.
A great advantage is also obtained by the use of the piston rod 28 au. 1 cooperates with the guides 24, because there is never any lateral force on the pistons 66 and 67, the pistons sliding. , to go up and down, in a perfect back and forth movement, without lateral effort on the walls of the. cylinder and pistons, the wear of which is equal all around; this is one of the most important features of the invention. In addition, the lubricant contained in the crank boot cannot be intercepted or diluted by the gasoline which is in the cylinder, since the packing or the packing box prevents any penetration of gasoline into the cylinder. the crank boot.